【摘要】：目前,電石乙炔法是我國生產(chǎn)聚氯乙烯(PVC)的主要方法之一,在用該方法生產(chǎn)PVC的過程中,會產(chǎn)生一種氯堿化工行業(yè)的典型廢水——乙炔凈化廢水,該種廢水不僅成分復(fù)雜,而且水量大,尤其是廢水中較高濃度的氨氮(NH_4-N)會降低后續(xù)生物處理設(shè)施的效能,造成出水中NH_4-N超標(biāo)的現(xiàn)象。因此,需要采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ龔U水中的NH_4-N。目前,關(guān)于乙炔凈化廢水中NH_4-N去除方法的研究鮮有報道。所以,研究乙炔凈化廢水中NH_4-N的去除方法,可以為氯堿化工行業(yè)的治污減排與資源化利用提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。本篇論文對乙炔凈化廢水中NH_4-N的來源進行了分析,并采用磷酸銨鎂沉淀法、空氣吹脫法和次氯酸鈉(NaClO)氧化法等方法對廢水中的NH_4-N進行了去除研究,取得的主要成果如下:電石中含有的主要元素包括碳(C)、氧(O)、鋁(Al)、硅(Si)、硫(S)和鈣(Ca)等;含有的主要化合物包括碳化鈣(Ca C2)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)、碳酸鈣(Ca CO3)、氮化鈣(Ca3N2)、氰化鈣(Ca(CN)2)和氰氨化鈣(Ca CN2)等,其中Ca3N2、Ca(CN)2和Ca CN2等含氮的化合物是乙炔凈化廢水中NH_4-N的主要來源。采用磷酸銨鎂沉淀法去除乙炔凈化廢水中的NH_4-N,并對廢水初始p H值、磷酸鹽加入量、鎂鹽加入量、沉淀劑組合方式、攪拌速度、反應(yīng)時間和廢水溫度七個因素進行優(yōu)化,確定了廢水中NH_4-N去除的最佳反應(yīng)條件如下:廢水初始p H值為10.00、磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)的加入量為1.1(n(PO43-)/n(NH_4-N))、硫酸鎂(Mg SO4·7H2O)的加入量為1.2(n(Mg2+)/n(NH_4-N))、攪拌速度為150 r/min、反應(yīng)時間為10 min、廢水溫度為20°C。在此條件下,廢水中NH_4-N的含量可以從初始的114.4 mg/L降低到23.8 mg/L,該濃度符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中關(guān)于NH_4-N的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。去除乙炔凈化廢水中NH_4-N的同時,能得到一種白色晶體狀沉淀物,經(jīng)分析測試,發(fā)現(xiàn)沉淀產(chǎn)物的主要成分是磷酸銨鎂。動力學(xué)研究顯示磷酸銨鎂沉淀反應(yīng)中NH_4-N的去除符合一級反應(yīng)動力學(xué),其動力學(xué)速率常數(shù)為0.0052/s。采用空氣吹脫法去除乙炔凈化廢水中的NH_4-N,并對廢水初始p H值、通氣速度、廢水溫度、填料高度和反應(yīng)時間五個因素進行優(yōu)化,確定了廢水中NH_4-N去除的最佳反應(yīng)條件如下:廢水初始p H值為12.00、通氣速度為0.500 m3/(h·L)(v(氣速)/V(廢水))、廢水溫度為60°C、填料高度為6 cm、反應(yīng)時間為150 min。在此條件下,廢水中NH_4-N的含量可以從初始的126.3 mg/L下降到1.4 mg/L,該濃度符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)中關(guān)于NH_4-N的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。用體積分?jǐn)?shù)為1%的H2SO4溶液對吹脫出尾氣中的氨氣(NH3)進行回收研究,結(jié)果顯示1體積的上述H2SO4溶液可以吸收54體積廢水中吹脫出NH3總量的93.1%,相當(dāng)于1 mol的H2SO4能夠吸收1.8 mol的NH3。采用NaClO氧化法去除乙炔凈化廢水中的NH_4-N,并對廢水初始p H值、廢水溫度、NaClO溶液加入量和反應(yīng)時間四個因素進行優(yōu)化,確定了廢水中NH_4-N去除的最佳反應(yīng)條件如下:廢水初始p H值為8.00、廢水溫度為50°C、NaClO溶液加入量為30.0 ml/L(V(NaClO溶液)/V(廢水))、反應(yīng)時間為3 min。在此條件下,廢水中NH_4-N的含量可以從初始的120.0 mg/L下降到0.3 mg/L,該濃度符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)中關(guān)于NH_4-N的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。動力學(xué)研究顯示NaClO氧化反應(yīng)中NH_4-N的去除符合一級反應(yīng)動力學(xué),其動力學(xué)速率常數(shù)為0.0317/s。磷酸銨鎂沉淀法、空氣吹脫法和NaClO氧化法都能夠有效地去除乙炔凈化廢水中的NH_4-N。從經(jīng)濟學(xué)角度分析,上述三種方法在去除1噸乙炔凈化廢水中的NH_4-N時,所需的藥劑費用由低到高依次為磷酸銨鎂沉淀法、空氣吹脫法和NaClO氧化法,它們的費用分別為2.2元、6.6元和12.4元,如果用有效氯含量等同的液氯替代NaClO溶液,則NaClO氧化法處理廢水所需的藥劑費用可以削減到0.6元。從乙炔凈化廢水中NH_4-N的去除效果分析,經(jīng)過上述三種方法處理后,廢水中NH_4-N的最低濃度由低到高依次為NaClO氧化法,空氣吹脫法和磷酸銨鎂沉淀法,它們的最低濃度分別能達(dá)到0.3 mg/L、1.4 mg/L和23.8 mg/L。從三種方法的操作條件分析,NaClO氧化法的操作條件最簡單,其次為空氣吹脫法,磷酸銨鎂沉淀法的操作條件最繁瑣。
【圖文】：

圖 1.2 電化學(xué)反應(yīng)裝置示意圖[47]Figure 1.2 Schematic diagram of the electrochemical reactor氧化法去除廢水中的 NH4-N 在近些年越來越受到學(xué)者們的重地面積少，而且能同時去除廢水中的多種污染物，但方法中使通常含有貴金屬或稀土元素，并且對實驗設(shè)備及反應(yīng)條件的要較大。目前，高級氧化法多停留在實驗室研究規(guī)模，在工程應(yīng)酸銨鎂沉淀法情況下，含銨根的鹽類幾乎都能在水中溶解，但某些含銨根的沉淀，，比如磷酸銨錳（MnNH4PO4）、磷酸銨鎳（NiNH4PO4）、4PO4）和磷酸銨鎂（MgNH4PO4）等[48]。其中，以磷酸銨鎂沉中 NH4-N 的研究最多[9, 49]。銨鎂（又稱鳥糞石）的英文名稱為 magnesium ammonium

圖 1.3 磷酸銨鎂晶體的 SEM 圖譜 (a)X 形[55]；(b)針形[56]；(c)棱柱形[57]Figure 1.3 The SEM images of struvite crystals (a) X shape; (b) needle shape; (c)trapezoidal shape近些年，磷酸銨鎂沉淀法已被用于工業(yè)廢水[9]、厭氧消化液[58]和垃圾滲濾液[59]等多種含 NH4-N 廢水的處理。該方法具有 NH4-N 去除率高、反應(yīng)速度快且工藝簡單的優(yōu)點。同時，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該方法能夠減少約一半的污泥產(chǎn)量[60]。此外，廢水處理過程中得到的磷酸銨鎂是一種市場價值較高的復(fù)合肥料，它可以緩慢地釋放生物所需的營養(yǎng)物，從而減少施肥的頻率，達(dá)到氮資源回收再利用的目的[61, 62]。除了可以用作緩釋肥料外，磷酸銨鎂還可以用于磷酸鹽工業(yè)的生產(chǎn)、防火材料的制備和水泥粘合劑的合成等方面[63, 64]。在實際工業(yè)應(yīng)用中，磷酸銨鎂晶體非常細(xì)小，容易在水泵、彎管和曝氣裝置等擾動強烈的地方淤積，造成堵塞，增加運行處理的費用[65, 66]。在磷酸銨鎂沉淀法去除廢水中 NH-N 的過程中，能影響 NH-N 去除效果的
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703

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本文編號：2586404